余量上网光伏电站功率因数问题的分析

2018-08-14陈顺军

通信电源技术 2018年6期

陈顺军

（国网浙江省电力有限公司培训中心，浙江杭州 310015）

0 引言

近年来，我国大力支持分布式光伏产业[1]。伴随着光伏发电应用技术的日趋成熟，越来越多的工业制造企业开始建设自身的光伏电站，用来弥补工业用电的不足，同时减少工业用电费用的支出[2]。大量的中小型光伏电站采用“自发自用余量上网”模式，其并网点选择在用户电网。单个并网点容量一般不超过400 kW，并网电压一般为380 V。当逆变器设定不合理、用户补偿电容不足等条件下，光伏电站在发出较大有功、输出无功很少甚至为负时，负荷所需无功大量从电网输送，同时电网输送的有功较少，导致用户计量点功率因数偏低[3]。功率因数偏低不仅造成用户多交电费，而且导致配电网线损增大，配电网电压升高，甚至影响配电网系统的稳定。

1 具体实例

1.1 供配电系统

顺福莹石是一家工矿企业，2017年3月13日光伏电站接入原配电系统，通过380 V系统并网。变配电系统接线如图1所示。

1.2 光伏接入后力率电费

光伏电站并网运行后的4月到6月，顺福莹石力率调整电费如表1所示。

表1 顺福莹石力率调整电费

图1 顺福莹石变配电系统接线图

2 问题分析

以2017年4月18日为例，用户的发、用电情况如图2所示。当日，该公司生产用电和光伏电站发电时间主要集中在7点至18点。在网供电量较大的7至9点和15至18点，用户功率因数比较正常；而在光伏电站发电出力大的9至14点，由于下网有功较小，下网无功较大，导致功率因数明显偏低。在6至7点工厂开工前，出现少量上网有功和下网无功。从计量上看，运行在第三象限，功率因数甚至为负，如图3所示。由于非生产期间下网有功和无功都很小，对平均功率因数影响不大，可以忽略。很明显，在光伏发电量大的时候，下网无功没有随着下网有功的下降而下降，是导致功率因数偏低的主要原因。在光伏发电高峰，计量点功率因数甚至低于0.5。这是表1中4至6月份随着光伏发电量增加、下网电量下降，而平均功率因数却不断下降的原因。按照现行水利电力部、国家物价局《功率因数调整电费办法》（水电财字215号文件）[4]规定，功率因数为0.87、0.86、0.84时，利率调整电费分别为月电费的1.5%、2.0%、3.0%。因此，4至6月的力率调整电费也逐渐增加。

图2 顺福莹石4月18日用电和发电情况

图3 顺福莹石4月18日功率因数情况

3 问题探讨

3.1 光伏电站无功输出问题

根据《光伏发电系统接入配电网技术规定》GB/T29319-2012[5]的要求，380 V电压等级接入电网的光伏发电系统应保证并网点处功率因数在超前0.95至滞后0.95范围内连续可调。如果在光伏发电量在300 kW左右时功率因数滞后0.95，则光伏电站可以发出接近100 kVar的无功。在不增加并联电容器的条件下，计量功率因数能满足要求。

从图2可以看出，该用户光伏电站24 h内均从系统吸收无功。在发电量大的时候，不但没有发出无功，反而吸收了更大的无功。造成这种现象的原因是，400 kW及以下光伏电站普遍没有严格执行典设的要求，逆变器投入使用后用户无法调节功率因数，也没有装设SVG电容器补偿装置。实际上，这类光伏电站的功率因数是固定的，通常厂家在出厂时功率因数都调得很高。建议这类光伏电站的逆变器配置方便的功率因数调节装置[6]，已投产的逆变器由厂家调到接近滞后0.95，使计量点功率因数在光伏电站发电量大时也能基本满足考核要求。

3.2 补偿电容器

鉴于目前400 kW及以下光伏电站逆变器不可实时调节，光伏电站发电的功率因数通常很高，在发电量大的时候，原来的电容器组容量不能满足补偿需要。在光伏电站投产前应增加电容器组，容量约为光伏容量的30%。

3.3 并网点的问题

为降低力率电费，有些用户将光伏电站的并网点移到上下网计量点流变与无功补偿用流变之间。并网点改变后，可以改善电容器频繁投切的问题，但对功率因数考核并没有帮助。从图1可以看出，对力率考核影响最大的是在负荷和光伏电站发电量均较大的时间段，而此时用户的电容器均应投入。如果光伏电站投产时新增了部分电容器组，这部分的电容器反而不会投入。因此，并网点的改变不能有效解决功率因数低的问题。

3.4 力率调整电费采样点的问题

现行的《功率因数调整电费办法》是1983年颁布的，其中规定“凡实行功率因数调整电费的用户，应装设带有防倒装置的无功电度表，按用户每月实用有功电量和无功电量，计算月平均功率因数。”规定本身没有问题，而目前的上下网计量点仅考虑了上下网有功和无功电量，这部分电量是不是“用户实际使用的有功电量和无功电量”值得商榷。笔者认为，应将光伏发出的有功和无功与上下网有功和无功分别相加，才是用户实用的有功电量和无功电量。呼吁光伏电站力率调整电费采样点改为上下网计量点和发电量计量点两个点，用两个点的有功总量与无功总量来计算用户的月平均功率因数，以满足《功率因数调整电费办法》的规定。